Les ergols des lanceurs (et leurs fuites).

Si vous vous intéressez un tant soit peu aux lanceurs spatiaux, il ne vous aura pas échappé que les problèmes de fuites d'hydrogène, vannes bloquées, sont récurrents, entrainant des retards à répétition.

On peut légitimement se poser la question : avec les budgets alloués et la sécurité requise pour faire décoller une fusée, comment est-il possible de buter sur un problème aussi basique qu'un raccord ou une vanne ?

Comme d'habitude, il n'y a pas de réponse courte.

Les vapeurs d’ergols cryogéniques s’évaporent et se réchauffent en rencontrant l’air.

Les ergols :

Pour générer une combustion sur terre, il suffit d'avoir du carburant : bois, charbon, essence, gaz. Une allumette et c'est parti. Ce serait oublier un peu vite que pour animer une flamme, il faut un carburant ET un comburant. A la surface de notre belle planète, le comburant est partout : c'est l'oxygène.

Mais dans l'espace, il n'y a pas d'oxygène, donc pas de comburant. Les fusées doivent donc emporter à la fois carburant et comburant. On les appelle les ergols.

Il y en a beaucoup, des liquides, des solides (poudre) ou gazeux :

• Ergols liquides : kérosène, dihydrogène, hydrazine, éthanol, etc...

• Ergols solides : perchlorate d’ammonium, nitrate de potassium...

• Ergols gazeux : xénon, mercure, bismuth, iode, argon, krypton...

Certains ergols sont hypergoliques (s'enflamment spontanément au contact de l'un avec l'autre, pas besoin de système de mise à feu), d'autres cryogéniques (oxygène liquide : moins 183° C et hydrogène liquide : moins 253° C). Enfin, les ergols gazeux sont comprimés sous très forte pression au point qu'ils en deviennent liquide.

On trouve plein de combinaisons carburant / comburant possibles. La quantité d'ergols à emporter sur une fusée étant considérable, on va chercher les combinaisons apportant la meilleure densité énergétique.

Densité énergétique : efficacité max / poids et volume mini.

Selon le type de mission (orbite basse, orbite géostationnaire, nécessité de rallumer les moteurs ou pas) chaque combinaison d'ergols aura ses avantages / inconvénients.

La Russie utilise beaucoup l'hydrazine (extrêmement toxique). La combinaison star est kérosène / oxygène (Falcon 9 de SpaceX), mais de plus en plus de lanceurs testent une combinaison méthane / oxygène : méthalox, + propre et + performant que le kéro, compatible avec la réutilisation et ouvre la voie à la production sur Mars (Starship de SpaceX, Vucan Centaur d'ULA, New Glenn de Blue Origin pour les  🇺🇸 et Zhuke-A de LandSpace 🇨🇳).

Un peu de recul :

• 1965 : un lanceur Atlas Centaur explose 2 mn après le décollage suite à la rupture de son réservoir d'hydrogène.

• 1986 : la navette spatiale Chalenger explose 73 secondes après son décollage avec 7 astronautes à bord. Le froid a contraint un joint torique qui a lâché, la fuite a percé le réservoir d'oxygène mitoyen provoquant l'explosion de l'ensemble.

• 1998 : un moteur de Delta 4 de Boeing explose sur un banc d'essai au sol.

• 1999 : un lanceur Delta 3 de Boeing est hors de contrôle peu après le décollage, sa destruction est activée manuellement.

• 2022 : plusieurs tentatives de lancement du Space Launch System (SLS) sont reportées dans le cadre d'Artemis 1. En cause des fuites importantes sur les ombilicaux.

A ce stade, comprenez bien une chose. On ne cherche pas à éradiquer les fuite. On fixe un seuil de fuite tolérable. Au delà de ce seuil on considère que le risque 💥 trop important. L'hydrogène s'enflamme spontanément à l'air libre à partir d'une concentration supérieure à 4%. Le seuil d'alarme s'active vers 2% et les systèmes automatiques stoppent les lancements si le seuil est mesuré à 4%. C'est ce qui s'est passé à plusieurs reprises lors des tentatives de launch sur la SLS d'Artemis 1 en 2022.

Retrouvez tous les détails du programme Artemis ici.

Le SLS.

Alors pourquoi s'entêter avec l'hydrogène ?

Si on retrouve souvent l'hydrogène, c'est qu'il présente une excellente densité énergétique, possède l'une des meilleures impulsions spécifiques (il pousse longtemps), c'est le plus léger, sa combustion avec l'hydrogène est propre, (ne produit que de la vapeur d'eau)

Mais il est difficile à contenir.

Pourquoi ? il va falloir nous plonger dans la structure des atomes.

Je vous conseille vivement la lecture de la matière dans tous ses états pour mieux comprendre cet aspect des atomes.

L'hydrogène est l'atome le plus fin, le plus léger, le plus ténu, le plus "fuyant" de tout l'univers. Un atome d'hydrogène, c'est 1 proton et 1 électron. C'est tout. Tous les autres atomes sont composés de plus (voire beaucoup plus) de protons / neutrons / électrons. On en est donc certain, il ne peut pas y avoir d'atome plus léger que l'hydrogène.

Si c'est l'atome le plus fin, ça veut dire que tous les autres sont plus lourds (fallait pas être Galilée pour affirmer ça 😂). Comme vous savez qu'un atome c'est essentiellement du vide (il y a beaucoup d'espace entre le proton et l'électron), heu... laissez tomber, je vais vous faire une métaphore :

Vous avez un panier en osier (donc avec plein des petits trous). Vous pouvez sans crainte transporter des objets plus gros que les trous. Mais remplissez le panier de sable et le sable va s'écouler lentement à travers les trous du panier. Si vous le remplissez d'eau, l'eau s'écoulera plus vite que le sable (la molécule d'eau est infiniment plus fine que le grain de sable).

C'est exactement notre problème : les réservoirs / raccords / vannes d'hydrogène sont le panier en osier et l'hydrogène c'est l'eau. Je vous l'ai dit l'hydrogène est l'atome le plus fin, donc tous les autres atomes auront une structure plus grossière (l'osier). Il est donc physiquement impossible de contenir durablement de l'hydrogène. Enfin pas impossible, mais c'est très compliqué et très couteux.

Un réservoir de véhicule à hydrogène (pile à combustible) est très volumineux et très couteux (~7.000€) alors qu'il contient moins de 10 kg d'hydrogène et pourtant il se vide en quelques semaines.

Comme si ce n'était pas encore assez compliqué, l'hydrogène a une fâcheuse tendance à s’enflammer spontanément en cas de fuite. Et sur le SLS, ce ne sont pas quelques kg, mais 2,7 millions de litres d'ergols qui ne demandent qu'à exploser dès lors que l'un est au contact de l'autre, et l'un des 2 a une tendance naturelle à fuir.

Ça y est, vous commencez à avoir une vision d'ensemble du problème.

On est en Février 2026, le SLS d'Artemis 2 est sur son pas de tir. Les essais préalables sont en cours, et comme en 2022, on retrouve les mêmes problèmes. Encore des fuites. On remplace 2 joints critiques et la dernière répétition (Wet Dress Rehersal) est couronnée de succès.

Le soulagement est palpable à la NASA. Bien qu'à cette heure aucune date de lancement n'ait été communiquée officiellement, l'équipage entame sa procédure de quarantaine. C'est un signal positif qui coïncide avec un lancement début Mars (diverses fenêtres entre le 6 et le 11).

Michel Havez, Février 2026.